平衡原理很重要 多種應(yīng)用常考到

安徽 華 振

(作者單位:安徽省靈璧縣黃灣中學(xué))

平衡原理很重要 多種應(yīng)用常考到

化學(xué)平衡原理是高中化學(xué)的基本原理之一，它不僅在解決化學(xué)問題中應(yīng)用廣泛，并且在其他學(xué)科領(lǐng)域也有應(yīng)用。下面舉例說明，希望同學(xué)們能夠從中得到有益的啟示。

一、在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

【例1】為了防止鐵制品生銹，可對其表面進行“發(fā)藍”處理：把鐵制品浸入熱的NaNO2、NaNO3、NaOH混合溶液中，使它的表面氧化成一層致密的Fe3O4氧化膜，發(fā)生的反應(yīng)可表示如下：

某研究小組發(fā)現(xiàn)，若上述熱的混合溶液中NaOH的含量太少，氧化膜的厚度就太??；若NaOH的含量太多，氧化膜的厚度也太薄。請用化學(xué)平衡原理解釋發(fā)生這種現(xiàn)象的原因。

【解析】許多同學(xué)看到本題會感到無從下手，究其原因是不能從整體的角度分析題給三個方程式之間的相互聯(lián)系。

反應(yīng)①③是可逆反應(yīng)，反應(yīng)②是不可逆反應(yīng)，當(dāng)NaOH含量較少時，使反應(yīng)①生成的Na2FeO2及反應(yīng)②生成的Na2Fe2O4質(zhì)量都少，致使反應(yīng)③生成的Fe3O4的質(zhì)量也少，氧化膜的厚度就薄。當(dāng)NaOH含量太多時，盡管反應(yīng)①②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的質(zhì)量增加，但太多的NaOH又會使反應(yīng)③的化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，結(jié)果生成的Fe3O4的質(zhì)量變少，氧化膜的厚度變薄。

由此可見，鐵制品進行“發(fā)藍”處理時，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一。

(1)以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學(xué)方程式如下：

ΔH=-353 kJ·mol-1

兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大，其原因是__________；

有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是________；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是___________。

圖1

(2)圖1為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對應(yīng)的溫度為460 ℃。低于460 ℃時，丙烯腈的產(chǎn)率________(填“是”或“不是”)對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是________；高于460 ℃時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是________(雙選，填標號)。

A. 催化劑活性降低________B. 平衡常數(shù)變大

C. 副反應(yīng)增多___________D. 反應(yīng)活化能增大

(3)丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(氨)/n(丙烯)的關(guān)系如圖2所示。由圖可知，最佳n(氨)/n(丙烯)約為________，理由是________。進料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為________。

圖2

【解析】(1) 由于反應(yīng)①②均為放出熱量較多的反應(yīng)，產(chǎn)物的能量較低，故兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢很大；由于反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，且該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，故降低溫度和減小壓強均有利于反應(yīng)正向進行，從而提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是使用合適的催化劑。即應(yīng)順填：兩個反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；降低溫度、減小壓強；催化劑。

(2)反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度，丙烯腈的平衡產(chǎn)率應(yīng)降低，故低于460 ℃時，丙烯腈的產(chǎn)率不是對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率；高于460 ℃時，催化劑的活性降低、副反應(yīng)增多均可導(dǎo)致丙烯腈的產(chǎn)率降低，則選項A、C正確；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)減小，則選項B錯誤；升高溫度可以提高活化分子的百分數(shù)，但不能改變反應(yīng)所需的活化能，則選項D錯誤。即應(yīng)順填：不是；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低；A、C。

(3)從圖2中可以看出，當(dāng)n(氨)/n(丙烯)≈ 1時，丙烯腈的產(chǎn)率最高，此時幾乎沒有丙烯醛產(chǎn)生；只發(fā)生反應(yīng)①時，NH3、O2、C3H6的物質(zhì)的量之比為1∶1.5∶1，結(jié)合空氣中O2的體積分數(shù)約為20%，可確定進料氣NH3、空氣、C3H6的理論體積之比約為1∶7.5∶1。即應(yīng)順填：1；該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低；1∶7.5∶1。

二、在農(nóng)業(yè)科技中的應(yīng)用

【例3】某實驗小組研究CO2濃度對植物生長的影響，做了如下的對比實驗：

①取兩株形態(tài)、大小基本相同的同種綠色植物，分別置于甲、乙兩只相同的密閉玻璃容器內(nèi)。

②在甲、乙兩容器內(nèi)分別充入CO2，并使乙容器內(nèi)CO2的濃度為甲容器內(nèi)的3倍。

③給甲、乙容器充足光照，4小時后，測得甲容器內(nèi)CO2的含量減少144 mg，乙容器內(nèi)CO2的含量減少162 mg。

問：(1)乙容器內(nèi)CO2的量比甲容器內(nèi)CO2的量減少得多的原因是什么？

(2)從該實驗的結(jié)果中，你能得到什么有益的啟示？(舉一例有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的問題)

【解析】(1)由于植物在光照下，光合作用和呼吸作用并存，故這一過程可視為可逆反應(yīng)：

根據(jù)化學(xué)平衡原理，不難判斷，增大CO2的濃度，可使平衡向正反應(yīng)方向移動，因而增加了CO2的消耗量，這一理論分析與實驗小組的實驗結(jié)果是相吻合的。

(2)由上述實驗結(jié)果知，增大CO2的濃度，可促進光合作用的進行，提高葡萄糖的產(chǎn)量(即提高農(nóng)作物的產(chǎn)量)。若將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，例如在塑料大棚中充入一定量的CO2，就有可能使作物取得良好的增產(chǎn)效果。

三、在環(huán)境保護中的應(yīng)用

【例4】人類目前對煤、石油的過度消耗，使空氣中的CO2濃度增大，導(dǎo)致地球表面溫度升高，形成了溫室效應(yīng)?？茖W(xué)家對CO2的增多帶來的負面影響較為擔(dān)憂，于是提出將CO2通過管道輸送到海底的方法，這可減緩空氣中CO2濃度的增加，請你根據(jù)CO2的性質(zhì)和化學(xué)平衡原理回答：

(1)這樣長期下去，將給海洋造成什么樣的影響？

(2)你認為消除CO2的負面影響的最好方法是什么？

(2)消除CO2負面影響最好的方法是減少對煤、石油產(chǎn)品的用量，開發(fā)無污染的新能源，并大量種植綠色植物。

四、在人體科學(xué)中的應(yīng)用

【例5】為什么健康人攝入少量的酸或堿后，血液的pH仍能保持在7.35 ～ 7.45的正常范圍內(nèi)？請用化學(xué)平衡原理加以解釋。

五、在醫(yī)學(xué)為生中的應(yīng)用

( )

A.尿酸鈉溶液呈酸性

B.尿酸鈉晶體難溶于水

C.該正反應(yīng)應(yīng)為放熱反應(yīng)

D.該正反應(yīng)應(yīng)為吸熱反應(yīng)

【解析】該題提供了一些考生陌生的知識，解題時必須認真閱讀，在提煉、分析信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有知識作出結(jié)論。

信息②：第一次關(guān)節(jié)炎發(fā)作大都在腳趾或手指的關(guān)節(jié)處。

(作者單位:安徽省靈璧縣黃灣中學(xué))